KR20090004311A - 플랫형 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노출된 접점을 각각 가지는 복수의 코일이 매립되어 있는 플라스틱 사출 성형으로 만들어지는 회전 디스크를 포함하는 전기 발전기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 발전기에서는 2개의 고정 디스크는 회전 디스크의 대향하는 양 측면에 배열되며 각 고정 디스크는 회전 디스크와 대향하는 내부면을 가지며 2개의 반원형 마그넷을 지지한다. 상기 회전 디스크는 고정 디스크에 한정된 중앙 보어에 수용되는 베어링에 끼워지는 대향하는 단부를 가지는 샤프트에 고정되며, 코일은 원형이나 타원형으로 적어도 1회 와이어를 감음으로써 각각 형성되고, 권선은 서로 일치하거나 서로에 대해 부분적으로 오프셋되거나 대안적으로, 코일은 회전 디스크와 서로에 대해 동심으로 형성된다.

Description

플랫형 발전기{FLAT ELECTRICAL GENERATOR}

본 발명은 플랫형 발전기에 관한 것이며 보다 상세하게는 모두 플라스틱으로 만들어지는 고정 디스크와 회전 디스크에 각각 장착된 마그넷과 코일을 포함하고 회전 디스크를 회전시켜 마그넷에 의해 생성된 자기장과 코일 사이에 상호작용을 유발하여 전기 전류를 유도함으로써 전력을 생산하는 전기 발전기에 관한 것이다. 대안적으로, 이 코일은 본 발명이 전기 모터로서 실현될 수 있도록 외부 소스로부터 전기 전력을 수신할 수 있다.

종래의 전기 발전기는 코어 주위에 형성된 권선과 이 코어가 회전할 때 권선이 마그넷에서 생성된 자기장과 교차하여 전기 전류를 유도하도록 케이싱에 고정된 마그넷을 포함한다. 권선이 코어 주위에 형성되는 것으로 인해, 전기 발전기의 무게와 사용되는 재료는 증가하는데, 이 모두는 전기 발전기의 경제적 성능에 반하는 것이다. 나아가, 종래의 전력 발전기는 종종 벨트에 의해 구동되어 벨트의 느슨함으로 인해 코어의 회전이 영향을 받아 원치않는 부하를 야기하였다. 더욱이, 종래 전력 발전기의 부품은 대부분 철을 주성분으로 하는 재료로 만들어져 마그넷에서 생성된 자기장에 쉽게 영향을 미칠 수 있었고, 자기장이 집중되는 것을 방해하고 성능이 저하하게 하였다. 또, 장기간 동작 후에는 편심(eccentricity)이 유도될 수 있는데, 이는 권선의 마모(abrasion)를 유도하고 이에 따라 회로를 파괴하거나 불량한 성능과 불안정한 동작을 야기하는 것이다. 나아가, 권선과 마그넷은 모두 원통형 케이싱에 수용되어 있어, 열의 발산을 불량하게 하고 조립을 어렵게 하였다. 또한, 발전기에서 생성된 전기 전류가 적어도 부분적으로 권선을 만드는 에나멜 피복된 와이어의 게이지(gauge)에 의해 결정되기 때문에, 전체 사이즈가 달라질 수 있어 생산성에 영향을 미친다.

본 발명의 주요 목적은 회전 디스크, 2개의 고정 디스크, 코일, 베어링, 카본 브러쉬 및 샤프트를 포함하는 플랫형 발전기를 제공하는 것이다.

각 코일은 원형이나 타원형으로 적어도 1회 단일 와이어를 감음으로써 형성되고, 코일은 플라스틱 사출 성형으로 회전 디스크를 형성하는데 사용되는 몰드 내에 위치되어 코일이 회전 디스크 내에 매립된다. 각 코일은 대응하는 전도체 단자와 맞물릴 수 있는 노출된 접점을 가짐으로써 완전한 권선 세트를 형성한다. 회전 디스크는 회전 디스크를 통해 연장하는 샤프트에 고정되고, 마그넷은 2개의 플라스틱 고정 디스크의 내부면에 고정된다. 회전 디스크는 중앙 보어와 이 중앙 보어의 원주(circumference)를 따라 분포되며, 카본 브러쉬를 수용하고 간직하기 위한 복수의 카본 브러쉬 홀을 각각 형성한다. 회전 디스크에 고정된 샤프트는 회전 디스크의 대향하는 면을 넘어 돌출하는 대향하는 단부를 구비하며 고정 디스크의 베어링에 각각 끼워져서 전기 발전기의 기본 구성을 구성하며, 이 발전기는 코일을 포함하는 회전 디스크를 회전시킴으로써 동작하며 이에 의해 코일과 마그넷의 자기장 사이에 상호작용을 유발하고 이에 따라 코일 내에 전기 전류를 유도하며 이 전기 전류가 카본 브러쉬에 의해 외부로 전달되어 이에 의해 전기 발전기의 기능이 실현될 수 있다. 대안적으로 또는 그 역으로, 전기 전력이 코일에 공급되어 이 디바이스를 전기 모터로 전환할 수 있다.

본 발명에 따라 전력 발전기에 사용되는 마그넷은 평판 마그넷(planar magnet)이며 동작시 자기영역(magnetic zone)이 동일한 위치에 고정된다. 또한, 대향하는 측면에 마그넷을 위한 갭이 고정되어 있어, 자기장의 효율이 향상되며 이에 의해 종래의 디바이스에 비해 향상된 전력 생산을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 자기장은 2개의 측면의 마그넷과 코일 사이에 갭에서 유도되므로 마모나 손상이 거의 없다. 나아가, 마그넷이 대향하는 측면 상에 고정되므로, 전기 전력이 균등하게 분배되어 동일한 영역에서 생성되어 전력 발전기가 동작하는 동안 전력 손실이 없으며 생산되는 전력이 향상될 수 있다. 나아가, 본 발명의 플랫형 발전기는 다른 동일 디바이스와 결합되어 전력생산을 증가시키는 결합 멀티유닛 디바이스를 형성할 수 있다. 이 구조는 이전에는 전혀 제안되지 않은 것으로서, 마찰 부하를 가지지 않으며, 전력을 향상시키고, 전력의 안정적인 생산을 가능하게 하며, 더 적은 무게와 유지관리에 용이하다.

전술된 목적과 개요는 본 발명에 대한 간략한 설명만을 제공한다. 이 기술 분야에 숙련된 자에게 명확한 바와 같이 본 발명 그 자체뿐만 아니라 본 발명의 상기 및 다른 목적을 보다 완전히 이해하기 위해서는, 이하 상세한 설명과 청구범위를 도면과 함께 보아야할 것이다. 본 명세서와 도면에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타낸다.

본 발명의 많은 다른 잇점과 특징은 본 발명의 원리를 포함하는 바람직한 구 조적인 실시예가 예시로서 도시되어있는 첨부 도면과 상세한 설명을 참조할 때 이 기술 분야에 숙련된 자에게 명확해질 것이다.

이하 상세한 설명은 예시적인 실시예일 뿐이며 본 발명의 범위, 응용가능성 또는 구성을 이로 제한하고자 의도하는 것이 전혀 아니다. 오히려, 이하 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예를 구현하는 편리한 예를 제공한다. 기술된 실시예에 대한 여러 가지 변형이 청구범위에 개시된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 기술된 요소의 배열과 기능으로 만들어질 수 있을 것이다.

첨부된 도면 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따라 구성된 플랫형 발전기는 회전 디스크(1)와, 2개의 고정 디스크(2)와, 복수의 코일 세트(3)와, 복수의 마그넷(4)과, 베어링(5)과, 카본 브러쉬(6)와, 샤프트(7)를 포함한다.

코일 세트(3)는 철 코어 주위에 코일이나 권선이 감겨 있는 종래의 발전기와는 다른 방식으로 와이어를 감음으로써 형성된다. 본 발명의 제 1 실시예에서, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각 코일(3)은 서로에 대해 실질적으로 동심이거나 일치하는 복수의 원형이나 타원형 권선으로 감겨있는 단일 와이어에 의하여 형성된다. 이렇게 형성된 코일(3)은 이후 회전 디스크(1)를 형성하는데 사용되는 몰드 내에 배치된 후에 플라스틱 사출 성형으로 형성되며, 이에 의해 코일(3)은 사출 성형에 의하여 형성된 회전 디스크(1)에 완전히 매립된다. 각 코일(3)은 대응하는 전도체 단자(31)와 물리적으로 맞물릴 수 있는 노출된 접점(contact point)(미도시)을 구비한다. 회전 디스크(1)는 회전 디스크(1)를 통해 연장하는 샤프트(7)에 고정되 며, 샤프트(7)의 대향하는 단부는 회전 디스크(1)의 대향하는 면을 넘어 돌출한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 각 코일(3)은 서로에 대해 적어도 부분적으로 오프셋되어 있는 복수의 권선을 형성하도록 와이어를 연속적으로 감음으로써 형성된다.

본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 코일(3)은 서로에 대해 동심으로 와이어를 감음으로써 형성된다. 도 5에 도시된 실시예에서, 4개의 코일 세트(3)가 제공되며 이들은 서로 동심이다.

모든 실시예에서 코일(3)은 회전 디스크를 만드는 플라스틱과 함께 결합되어 있어 코일을 형성하는 물질이 종래 코어를 감는 코일 세트에 비해 감소된다. 따라서, 비용 절감이 달성될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 마그넷(4)은 반원형으로 만들어지며 2개의 반원형 마그넷(4)은 플라스틱으로 만들어진 각 고정 디스크(2)의 내부면에 고정되는 그룹을 형성한다. 고정 디스크(2)는 중앙 보어(11)를 형성하며 베어링(5)은 이 중앙 보어(11)에 수용되고 고정된다. 복수의 카본 브러쉬 홀(12)과 복수의 볼트 수용 홀(13)이 고정 디스크(2)의 내부면에 한정되며 보어(11)의 외주를 따라 각각 분포된다. 카본 브러쉬(6)는 카본 브러쉬 홀(12)에 각각 수용되며 볼트 수용 홀(13)에 수용된 유지 볼트(14)에 의해 고정된다.

회전 디스크(1)는 대향하는 면을 넘어 돌출하고 고정 디스크(2)의 보어(11)에 고정된 베어링(5) 내에 끼워지는 샤프트(7) 부분에 의하여 고정 디스크(2)와 연결되며, 이에 의해 회전 디스크(1)는 고정 디스크(2) 사이에 위치되어 전기 발전기 의 기본 구성을 형성한다.

전기 발전기는, 코일(3)을 지지하는 회전 디스크(1)를 회전시켜 코일(3)이 고정 디스크(2)에 고정된 마그넷(4)의 자기장과 상호작용하여 전기 전류를 유도하는 방식으로 동작된다. 이 전류는 전도체(31)와 카본 브러쉬를 통해 외부로 전달되어, 전기를 생산할 수 있다.

본 발명에 따른 플랫형 발전기의 특징은, 전기 전력을 생산할 때 마그넷이 고정되어 있는 반면 코일은 회전하게 되는 것이다. 본 발명의 전기 발전기의 구조에 대한 대안으로서, 코일이 고정되어 있고, 마그넷이 회전하게 되어 전기 전력을 생산할 수 있으며, 이 방식에서는 카본 브러쉬는 필요치 않고 회전 마그넷의 자기장에 의해 코일에서 유도되는 전기 전력이 외부로 직접 전달될 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 플랫형 발전기는 전기 전류를 코일에 공급함으로써 전기 모터로서 사용될 수 있으며 이러한 모터는 높은 토크와 높은 회전 속도를 제공하는 평판 모터로 작용할 수 있으며 예를 들어 팬 모터나 다른 구동 모터로 사용될 수 있다.

전기 모터로서 본 발명을 구현할 때 전력 공급원은 단일 소스이거나 이중 소스의 전력 공급원일 수 있으며 이것은 모터의 사이즈에 기초하여 결정된다. 전력 발전기로서 본 발명을 구현할 때, 본 발명의 발전기는 독립형(stand-alone) 전력 발전기로 사용될 수 있거나 또는 직렬 연결이나 병렬 연결된 다른 동일한 전력 발전기와 함께 결합될 수 있다. 이것은 원하는 양의 전력과 성능을 감소된 무게와 볼륨과 함께 실현할 수 있다.

본 발명의 발전기에서, 마그넷은 코일과 2개의 측면 상에 있는 마그넷 사이의 갭에서 자기장을 유도하므로, 그 사이에 유도된 마찰이나 마모가 실질적으로 제거될 수 있다. 이것은, 회전 디스크를 만드는 플라스틱에 코일을 만드는 에나멜 도포된 와이어를 매립하는 것과 함께, 외부 인자에 의해 원치않는 영향을 받지 않으면서 자기장의 성능을 유지하고 이 자기장을 효과적으로 집중할 수 있다. 나아가, 샤프트나 베어링에서 편심(eccentricity)이 일어날 때에도, 에나멜 도포된 와이어의 마모는 일어나지 않는다.

본 발명에 따르면, 전기 발전기의 코일은 플라스틱 회전 디스크 내에 매립되며 철 코어 주위에 권선이 필요치 않다. 마그넷은 2개의 플라스틱 고정 디스크에 고정된다. 그 결과 이들 모두는 무게의 감소, 부하의 감소, 코일의 재료의 감소, 용이한 설치를 이뤄내고 마모와 낭비가 없도록 한다. 생산된 전기 전력은 마찰 부하 없이 향상되고 안정적이게 되며, 이 디바이스는 경량이고 유지관리에 용이하며, 전기모터로 전환될 수 있는 것 외에도, 다음과 같이 여러 가지로 응용되어 사용될 수 있다:

(1) 풍력 발전으로서, 바람에 의해 유발된 공기 흐름이 풍차의 날개 회전을 구동하는데 사용되고 이 회전은 트랜스미션을 통해 본 발명의 전기 발전기에 전달되며, 본 발명의 전기 발전기는 일반적으로 플라스틱으로 만들어지므로 더 경량이며 외부 요인에 영향받지 않거나 전력 생산에 악영향을 유발하는 다른 페라이트 물품에 끌리지 않아서, 결과적으로 이 풍력 발전은 최소 동작으로 최대 발전을 할 수 있으며;

(2) 수력 발전으로서, 이 수력 발전은 전기 전력의 생산을 위해 본 발명의 전기 발전기를 구동하는데 물의 흐름의 플러쉬 동력(flushing power)을 사용하며, 물의 동력이 바람의 동력보다 일반적으로 더 크기 때문에 수력 발전은 보다 용이하게 원하는 전력의 생산을 제공할 수 있으며, 이는 본 발명의 경량의 구조와 더 적은 저항을 가지는 것과 함께 종래의 전력 발전기보다 보다 더 향상된 전력의 생산을 제공할 수 있으며;

(3) 소형 모터로 구동되는 전력의 생산으로서, 여기서 소형 모터는 본 발명의 전기 발전기를 구동하는데 사용되며, 이에 의해 소형 모터의 동작이 본 발명의 전기 발전기에 의해 생성되는 것보다 더 적은 전기 전력을 소비하기 때문에, 본 발명의 전기 발전기는 적은 양의 전기 전력으로 동작되어 큰 양의 전기 전력을 제공할 수 있어, 작은 양의 전기 전력의 요건의 필요를 충족할 수 있으며;

(4) 열 전기 발전(thermal electrical power generation)으로서, 여기서 본 발명의 전기 발전기는 작은 부하와 경량을 특징으로 하고 또 경량의 구조와 더 적은 저항을 가지므로, 열 전기 전력의 생산에 적용될 때 더욱 효과적으로 종래의 전기 발전기가 할 수 있는 것보다 더 원하는 전력의 생산을 실현할 수 있다.

전술된 각 요소나 2개 또는 그 이상의 요소들은, 전술된 타입과는 다른 방법의 타입으로 유용한 응용을 또한 찾을 수 있을 것임을 이해할 수 있을 것이다.

앞에서 본 발명의 특정하고 신규한 특징이 도시 및 기술되고 청구범위에 적시되어 있으나, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 이 기술 분야에 숙련된 자라면 예시된 디바이스의 형태와 상세 사항 및 그 동작에 있어 여러 가지 생략, 변형, 대 체, 및 변경을 할 수 있음이 이해될 수 있으므로 본 발명은 전술된 상세한 설명으로 제한하려고 의도한 것이 아니다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 전력 발전에 이용가능하다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 플랫형 발전기의 분해도.

도 2는 본 발명에 따른 플랫형 발전기의 종단면도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 코일 배열의 평면도.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 코일 배열의 평면도.

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 코일 배열의 평면도.

Claims (6)

1. 회전 디스크, 2개의 고정 디스크, 복수의 코일, 2개의 베어링, 복수의 카본 브러쉬, 샤프트를 포함하는 플랫형 발전기로서,

   각 코일은 원형이나 타원형으로 적어도 1회 단일 와이어를 권취함으로써 형성되고, 상기 코일은 플라스틱 사출 성형으로 상기 회전 디스크를 형성하도록 사용되는 몰드 내에 위치되어, 상기 코일이 상기 회전 디스크 내에 매립되며, 각 코일은 대응하는 전도체 단자와 맞물릴 수 있는 노출된 접촉점을 가지며,

   서로 대향하는 고정 디스크의 내부면에는 마그넷이 고정되며,

   상기 회전 디스크는 고정 디스크의 대향하는 내부면 사이에 배열되고 베어링과 샤프트에 지지되어, 고정 디스크를 고정시킨 채 회전 디스크를 선택적으로 회전시킴으로써, 회전 디스크에 매립된 코일이 마그넷에서 생성된 자기장과 교차하여 코일 내에 전기 전류가 유도되며, 이 전류는 카본 브러쉬에 의해 외부로 전달되어 전력 발전기를 실현하는 것을 특징으로 하는 플랫형 발전기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전 디스크는 회전 디스크를 통해 연장하는 샤프트에 고정되고, 상기 고정 디스크 각각은 베어링을 수용하는 중앙 보어를 형성하며 이 중앙 보어 내로 회전 디스크의 샤프트의 일단이 끼워짐으로써 고정 디스크 사이에 회전 디스크를 위치시키고 코일과 마그넷의 자기장 사이에 상호작용을 유도하는 것을 특징으로 하 는 플랫형 발전기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 코일은 서로에 대해 부분적으로 오프셋되어 있는 권선을 형성하도록 와이어를 연속적으로 권취함으로써 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 플랫형 발전기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 코일은 서로에 대해 동심으로 와이어를 연속적으로 권취함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 플랫형 발전기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 코일을 포함하는 상기 회전 디스크는 고정되게 유지되며, 상기 고정 디스크는 회전가능하게 이루어져서, 마그넷이 회전하여 고정되게 유지되는 코일과 마그넷의 자기장 사이에 상호작용을 일으키는 것을 특징으로 하는 플랫형 발전기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 코일은 카본 브러쉬를 통해 전력 소스에 연결되며 이로써 코일은 마그넷과 상호작용하는 자기장을 유도하고 전기 모터를 실현하는 것을 특징으로 하는 플랫형 발전기.

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